二組元連續變焦系統實質上(shàng)是對三組元變焦補償形式的簡化。他利用後面的變焦組的軸向移動産生(shēng)系統變焦比，由于變焦系統運動産生(shēng)的相面位移量有(yǒu)前組位移補償。該形式變焦系統的前組不是固定組，為(wèi)此對此類系統還(hái)要在前方設置一塊保護玻璃使系統密封。二組元連續變焦系統多(duō)用于變焦比較小(xiǎo)的系統。
二組元連續變焦系統的結構形式如圖1，其計(jì)算(suàn)結果及凸輪曲線分别如圖2及圖3。
圖1.二組元變焦系統高(gāo)斯計(jì)算(suàn)窗體(tǐ)
圖2.二組元系統自動優化結果
圖3. 二組元系統凸輪曲線
變焦光學系統各組元初始結結構設計(jì)
有(yǒu)了系統外形尺寸分配及各組元PW值要求後，可(kě)利用本程序膠合透鏡自動設計(jì)功能對系統各組元進行(xíng)初始結構參數(shù)設計(jì)求解。求解時(shí)有(yǒu)兩個(gè)方法選擇。
① 簡單系統初始結構設計(jì)
對于一般的光學系統，各組元結構比較簡單，或隻使用單透鏡、雙膠合透鏡以及單透鏡與膠合透鏡的組合就可(kě)滿足要求。這是就在“機械補償變焦系統設計(jì)”的界面內(nèi)，OCAD就可(kě)以自動利用程序中“單透鏡及膠合透鏡結構設計(jì)”的功能依次自動設計(jì)完成。這是需要在當前窗體(tǐ)內(nèi)繼續點擊“下一步”，就會(huì)出現如下界面。
圖4.初始結構設計(jì)界面
界面內(nèi)顯示剛計(jì)算(suàn)出來(lái)的系統外形尺寸以及對各組元PW值要求等數(shù)據，這些(xiē)數(shù)據就是對各組元進行(xíng)初始結構設計(jì)的依據。界面內(nèi)表格內(nèi)後兩項顯示“選擇”和(hé)“保存”，可(kě)以通(tōng)過“選擇”欄選擇相應組元進行(xíng)該組元的初始結構設計(jì)。經選擇後。界面立即出現“膠合透鏡結構設計(jì)”窗口，并自動填入該組元焦距、孔徑等參數(shù)。然後根據具體(tǐ)情況選擇單透鏡和(hé)膠合透鏡組合結構，并根據對組元PW要求選擇玻璃材料求出表面半徑等一系列初始結構參數(shù)值。
圖5.初始結構設計(jì)界面
求出組元結構參數(shù)後同時(shí)在主界面的光學系統結構數(shù)據表內(nèi)顯示對應數(shù)據。由于以上(shàng)求解是根據薄透鏡原理(lǐ)計(jì)算(suàn)出來(lái)的，加上(shàng)實際厚度之後，透鏡實際焦距可(kě)能有(yǒu)所變化，此時(shí)還(hái)可(kě)以利用光學系統結構數(shù)據表內(nèi)縮放焦距的功能對組元焦距值進行(xíng)修正，也還(hái)可(kě)以對具體(tǐ)結構的透鏡厚度進行(xíng)修改甚至進行(xíng)規格化處理(lǐ)。以上(shàng)完成之後，點擊窗體(tǐ)內(nèi)表格欄內(nèi)對應“保持”欄位置，程序會(huì)自動保存設計(jì)結果。
圖6.縮放組元焦距
圖7.保存設計(jì)結果
依次重複以上(shàng)操作(zuò)，可(kě)以完成系統所有(yǒu)各組元的初始結構設計(jì)。然後點擊窗體(tǐ)右上(shàng)角“下一步”按鈕，程序又進一步完成各組元設計(jì)結果的組合，組成完整的機械補償式連續變焦系統初始結構設計(jì)數(shù)據，包括系統視(shì)場(chǎng)、孔徑以及變焦系統特殊數(shù)據的組合。
圖8.最後設計(jì)結果
圖9.光學系統結構示意圖
由于以上(shàng)設計(jì)均為(wèi)高(gāo)斯光學求解，為(wèi)此各組分間(jiān)間(jiān)隔均為(wèi)其主面間(jiān)隔。當完成初始結構設計(jì)後的實際系統的實際間(jiān)隔會(huì)因實際鏡頭厚度而改變，再由于在前面外形尺寸計(jì)算(suàn)時(shí)所給主面間(jiān)隔隻是個(gè)粗略數(shù)，有(yǒu)時(shí)會(huì)使透鏡間(jiān)隔過大(dà)或過小(xiǎo)，甚至使得(de)實際間(jiān)隔小(xiǎo)于零，發生(shēng)鏡頭碰撞。此時(shí)必須調整鏡頭結構，或者重回最初外形尺寸計(jì)算(suàn)，調整初始主面間(jiān)隔，重新設計(jì)。
② 複雜系統初始結構設計(jì)
圖10.複雜光學系統結構示意圖
對于較複雜的光學系統，某些(xiē)組元需要複雜化處理(lǐ)，比如組元的通(tōng)光孔徑過大(dà)，簡單系統滿足不了要求，或者在矯正像差需要，必須時(shí)該組元結構複雜化。如下圖所示結構，其中後固定組結構就比較複雜。此時(shí)可(kě)利用“單透鏡及膠合透鏡初始結構設計(jì)”方法利用其中工具條對當前結構進行(xíng)複制(zhì)或增添，加入新透鏡元素。比如前固定組改為(wèi)在膠合透鏡好單透鏡組合的基礎上(shàng)，做(zuò)雙分離處理(lǐ)。
圖11.修改後的前固定組
再比如，要将變焦組改成兩個(gè)膠合透鏡的組合，可(kě)以把原來(lái)的一個(gè)膠合透鏡進行(xíng)複制(zhì)變為(wèi)兩個(gè)膠合透鏡的組合，修改界面如下。
圖12.修改後的變焦組
如此類推可(kě)以進一步對任何一個(gè)組元進行(xíng)複制(zhì)處理(lǐ)，直至滿足要求。最終完成全部設計(jì)。
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